鞍鋼4038 m3高爐長期低冶煉強度實踐

張延輝，趙立軍，龔繼兵

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司 遼寧 營口115007）

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司擁有2座有效容積為4038 m3的高爐，2008年9月6日1號高爐開爐，實現一次投產成功、快速達產。2008年12月份后，高爐冶煉強度不斷提高，單座高爐日產量最高達到1.07萬t，利用系數達到2.5 t/（m3.d），但在 2011年 7月份，即 1號高爐投產不到3年，鐵口以下爐缸局部環炭溫度快速升高到512℃，嚴重影響爐缸安全。近年來我國高爐燒穿事故頻發，據2010年不完全統計，1年內就有8座高爐發生燒穿事故，其中包括一些大型高爐，造成了重大損失。有些事故高爐開爐只有2～4個月就發生燒穿事故，大多數燒穿時間為開爐后的1～4年內，此外還有20余座2000 m3以上級別高爐雖然沒有發生燒穿事故，但爐缸存在安全隱患［1］，說明這些高爐設計、施工質量、日常管理和生產操作等方面可能存在一定缺陷。在投入生產以后，高爐日常管理和操作制度對維護安全長壽尤為重要，鑒于鞍鋼鲅魚圈1號高爐爐缸已經存在安全隱患，不得不采取各種措施來保護爐缸安全，新建1套軟水站增加冷卻水流量、單獨為爐缸供水，日常操作制度上堅持長期低冶煉強度，利用系數維持在1.9 t/（m3.d）以下。在此期間，嚴格堅持“精料”方針，保持燒結礦質量穩定，嚴格控制含鋅高雜料入爐，在干熄焦用量不足時，及時調整操作制度，活躍爐缸、減輕鐵水對爐缸炭磚環流侵蝕。通過采取一系列措施，鞍鋼鲅魚圈1號高爐爐缸狀態安全受控。

1 鞍鋼鲅魚圈1號高爐存在問題

鞍鋼鲅魚圈高爐爐缸內襯引進美國UCAR小塊炭磚，鐵口區域及容易產生象腳侵蝕區域外環使用NMD小塊超炭磚，其余部位使用NMA小塊炭磚、無陶瓷杯，爐底炭磚上部采用莫來石磚形成陶瓷墊保護層。

高爐爐底冷卻采用在爐底板下埋設水冷管的形式。爐缸、風口帶采用冷卻壁冷卻方式，其中風口帶以下設5段冷卻壁，H-1、H-3～H-5段為光面冷卻壁，材質為耐熱低鉻鑄鐵，水管規格Φ60 mm×6 mm；H-2段位于象腳侵蝕區，采用冷卻強度大的銅冷卻壁來加強該部位的冷卻，每個鐵口區域采用6塊異型銅冷卻壁，風口區為1段異形光面冷卻壁，材質為耐熱低鉻鑄鐵。

爐體軟水密閉循環冷卻系統分為1系統和2系統。1系統冷卻范圍包括爐底水冷管、風口中套和倒流休風閥，水量為1 000 m3/h；2系統分為2個區域Ⅰ系列和Ⅱ系列，Ⅰ系列主要為爐缸冷卻壁供水，Ⅱ系列冷卻范圍包括鑄鐵冷卻壁、銅冷卻壁和銅冷卻板，2系統設計水量為5 704 m3/h，其中爐缸設計冷卻水量為2 400 m3/h。

鞍鋼鲅魚圈1號高爐2008年9月6日開爐，投產初期爐缸環炭溫度一直處于平穩狀態，逐步實現達產、達效，高爐利用系數達到2.1 t/（m3.d），開爐以來經濟指標見表1。

表1 1號高爐各年度技術經濟指標

2011年6月份后，鞍鋼鲅魚圈高爐1號鐵口下部第19層環炭（第三段冷卻壁下部）溫度明顯上升，最高達到512℃，此后高爐1號鐵口下部第10層炭磚（第二段冷卻壁中部）溫度也開始上升，一段時間后高爐4號鐵口（與1號鐵口同側）第10層炭磚溫度也開始上升（見圖1），單塊冷卻壁水溫差最高接近1.0℃，熱流強度最高達到52 kW/m2，已經接近高爐同類型結構發生事故溫度值，因此，鞍鋼鲅魚圈高爐不得不降低冶煉強度，利用系數控制在 1.9 t/（m3.d）以下（見表 1），并采取各種措施來保護爐缸安全。

2 采取措施及效果

2.1 提高冷卻強度

由于設計冷卻水流量已經不能滿足高爐長壽要求。因此，新建了一座軟水站，單獨向爐缸供水，流量為4 600 m3/h，冷卻壁水管流速在3.0 m/s以上。

根據經驗每到冬季生產，高爐爐缸側壁溫度都明顯下降，說明氣溫對高爐爐缸長壽有影響。為了確保冬季過后高爐爐缸長時間保持較好狀態，在每年冬季實施冬季護爐方案。此護爐方案的核心是在爐缸耐材熱面形成保護層，減輕爐缸耐材侵蝕。利用環境溫度低優勢，配合提高換熱器能力，降低冷卻水入口溫度在16℃以下，比焓下降明顯，比熱容增大，改善冷卻水帶走熱量能力。因此，冬季要求在保證爐身冷卻強度不過剩的前提下，全開噴淋空冷系統降低水溫，冷卻水進水溫度小于20℃，力爭達到16℃。

2.2 定期采取含鈦球團護爐措施

當環炭溫度或冷卻壁水溫差持續上升時，定期使用從爐頂加入焙燒含鈦球團護爐措施，始終維持鐵水中［Ti］含量在0.10%～0.15%之間，同時采用降低冶煉強度、減少富氧量、提高爐缸冷卻水流量加強冷卻等措施。根據一些高爐破損調查結論，高爐采用釩鈦礦護爐效果存在較大差異，如果高爐內襯潤濕性好、鐵水環流速度慢，含鈦凝結物TiC 、TiN 和 Ti(C，N)與內襯黏附性強［2］，則護爐效果好，反之護爐效果差。因此，采用含鈦爐料護爐時，降低冶煉強度、減慢鐵水環流速度，可防止含鈦凝結物被鐵水環流帶走。

2.3 長期堅持精料方針

（1）提高混勻造堆質量

鞍鋼鲅魚圈鋼鐵分公司大型綜合料場年產混勻礦865萬t，有能力為燒結生產提供高質量混勻礦。首先根據造堆鐵料成分進行簡單混勻，然后按產地、批號采用鱗狀堆積方式封堆，封堆后堅持多點取樣，取化學成分加權平均值作為該品種參與混勻造堆的化學成分［3-4］。制定混勻礦堆積計劃，一堆原料等分成4個BLOCK （組），每個BLOCK堆積層數不少于3 000層，采取大人字形變起點延時定終點連續往返分層堆積方式，混勻礦的質量 σTFe≤0.4、σSiO2≤0.2。

（2）合理配礦和強化燒結

鞍鋼鲅魚圈鐵料以進口礦粉為主，同時搭配一部分鞍鋼自產和遼寧地區鐵精礦，在每一種新鐵料使用前進行實驗室燒結杯實驗，根據鐵料基礎特性、燒結杯實驗結論，選擇合理配比使燒結礦具有穩定品位，保證高爐入爐品位不低于57.5%。采用盡可能多的品種配礦，利用各種鐵料礦物基礎特性存在的差異進行互補。由于含高結晶水粉礦在燒結時易產生爆裂，影響燒結礦強度，高結晶水含量的粉礦配比不大于12%。由于澳大利亞礦、伊朗礦粉和印度礦Al2O3含量基本在2.0%以上，控制好高Al2O3含量進口礦比例，確保燒結礦Al2O3含量低于1.8%，以免高爐渣中Al2O3含量超過15%后造成爐渣熔化性溫度升高、流動性變差，影響高爐順行。適當配入一定比例高SiO2含量粉礦或地方精礦，保證燒結礦中SiO2含量在4.7%～5.2%范圍，確保燒結過程中有一定的液相量，維持良好的冶金性能［3-4］。

鞍鋼鲅魚圈鋼鐵分公司的405 m2燒結機經過多年生產實踐總結，確定“二十八字操作方針”，即“以風為綱，精心備料，穩定水碳，厚鋪鋪平，嚴控終點，慢冷篩凈，噴勻降粉”。燒結機返礦和高爐返礦提前加入足夠的水進行潤濕，料層厚度要保持在750 mm以上，燒結點火溫度控制在（850±50）℃范圍內，預熱段溫度要求大于250℃，適當控制環冷機速度，緩慢冷卻成品燒結礦，避免冷卻速度過快對燒結礦產生熱應力破壞，使燒結礦強度變差［4］。

（3）嚴格控制K2O、Na2O、ZnO等雜質入爐

堿金屬及鋅在爐內循環富積是影響高爐長壽因素之一，同時其中的K、Na等堿金屬在高溫區域內對焦炭具有明顯劣化作用。堿金屬排除的主要途徑是瓦斯灰和瓦斯泥，如果堿金屬不能得到有效排除，則會在爐內富積。堿金屬主要危害是在爐襯表面吸附焦粉、礦粉，并與SiO2、A12O3反應生成難熔物質，如果原料條件差，高爐爐溫又頻繁波動，則附著層越長越大，最后導致結瘤。堿金屬進入風口磚襯后造成風口二套上翹，導致爐缸活躍程度下降。 如果Zn、K、Na和 Pb在爐缸內襯富集，就會對炭質耐火材料內襯造成巨大侵蝕，甚至造成爐缸燒穿等惡性事故［5］。

高爐中70%以上堿金屬及鋅來源于燒結礦，燒結礦中堿金屬及鋅主要來源于燒結配入含鐵塵泥。含鐵塵泥主要有燒結除塵灰、瓦斯灰、轉爐泥和鐵鱗，在所有品種塵泥中堿金屬及鋅含量也存在較大差異，其中燒結除塵灰中堿金屬及鋅含量非常低，瓦斯灰中堿金屬及鋅含量波動最大，以鋅含量為例，瓦斯灰中鋅含量變化幅度可達到0.2%～7.0%；同樣轉爐泥中堿金屬及鋅含量波動最大，以鋅含量為例，當轉爐使用鍍鋅板作為廢鋼時，鋅含量可達到5.0%以上。鞍鋼鲅魚圈各種塵泥總量大約為40～50萬t/a，含鐵量基本在40%以上。如果廢棄，不僅浪費資源，還會造成環境污染，因此，瓦斯灰、轉爐泥含ZnO、K2O、Na2O含量高低成為再循環使用量限制環節。

高爐分別以 Zn負荷為 0.15 kg/t、K2O和Na2O綜合負荷2.2 kg/t為標準。如果堿金屬負荷和鋅負荷小于控制標準，所有塵泥都用于燒結配料。在參與配料之前，根據各種塵泥化學成分、粒度、水分、黏度特點，例如轉爐泥含水量高、粒度細，軋鋼鐵鱗黏度大，存在不容易混勻缺點，不能單獨用于燒結配料，而瓦斯灰是布袋灰，具有干燥、無黏度等特點。首先向黏度大鐵鱗中配入一定比例瓦斯灰，簡單混勻，然后向水分含量高的轉爐泥中配入一定比例瓦斯灰，再簡單混勻，最后把兩種簡單混勻廢料按照一種鐵料對待，用大型機械攪拌混勻設備混合，再采用強力混合機進一步混勻，混料直接參與燒結配料，最高配比為13%。

如果瓦斯灰、轉爐泥中ZnO、K2O、Na2O含量超過控制標準，則上述廢料不參與燒結配料，而是作為生產含碳素鐵碳球團原料，再加入一定比例膨潤土，采用強力混合機混勻，圓盤造球機造球，生球經過自然干燥后，篩出粉末，在鐵水罐折鐵后，加入紅罐中，利用鐵水罐余熱，達到鐵碳球團中碳素與鐵氧化物發生還原反應熱力學條件，回收廢料中鐵，同時有效脫出混料Zn、K、Na有害元素，減輕高爐鋅負荷和堿金屬負荷［6］。

3 干熄焦爐檢修對高爐的影響及應對措施

3.1 干熄焦爐檢修對高爐的影響

鞍鋼鲅魚圈每次干熄焦爐檢修時間都很長，在干熄焦爐檢修期間，高爐濕焦比例達到50%～70%，有時因特殊原因導致2座干熄焦爐同時檢修，濕焦比例達到100%。

近幾年每次干濕焦轉換對高爐都產生很大影響，改為全干焦后爐況恢復期也比較長，干焦轉濕焦對高爐影響有以下幾點：

（1）干焦轉濕焦后，燃料比會大幅度上升，根據比例不同，影響燃料比為20～40 kg/t。

（2）高爐煤氣流分布不穩定，如果氣流調整不到位，氣流不暢，會造成加風困難。隨著使用濕焦時間增長，使用量增大，高爐風量會逐漸降低。

（3）高爐鐵水物理熱明顯下降，相同［Si］含量的鐵水物理熱下降30℃以上，渣溫、渣色變差，經常出現黑渣。

（4）渣鐵排放變得因難，相對于全干焦生產時，渣鐵經常出不凈，高爐礦耗升高。

3.2 采取的措施

（1）在干焦轉濕焦的同時，根據不同干濕比例來提高入爐焦比。提高入爐焦比的幅度以保持煤比不變或保持略低于全干焦時的煤比。

（2）在操作制度上適當放開中心氣流，同時根據實際情況適當加重邊緣氣流，原則上保持爐頂溫度及爐喉溫度與全干焦時相同或略高于全干焦時期。

（3）保持比全干焦時略高的鐵水［Si］含量，盡量保持較高的鐵水溫度，使其不至于大幅度低于全干焦生產時期的溫度。

采取措施后，鞍鋼鲅魚圈1號高爐爐缸炭磚溫度始終低于500℃、單塊冷卻壁水溫差低于0.8℃，高爐爐缸處于安全狀態。

4 結語

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司1號高爐投產不到3年時，1號鐵口以下爐缸局部炭磚溫度快速升高到512℃，之后4號鐵口以下局部炭磚溫度也快速升高，爐缸安全狀態受到影響，為保證爐缸安全，新建一座軟水站，單獨向爐缸供水，冷卻水流量增加到4 600 m3/h，冬季降低冷卻水入口溫度在16℃以下，定期使用含鈦球團護爐措施，同時高爐利用系數長期維持在1.9 t/（m3.d）以下，在此期間，發揮大型綜合料場優勢，提高混勻礦質量，保持燒結礦質量穩定，嚴格控制含鋅高雜料入爐，在干熄焦用量不足時，及時提高入爐焦比20～40 kg/t，保持較高爐溫。措施實施后，鞍鋼鲅魚圈1號高爐爐缸炭磚溫度始終低于500℃、單塊冷卻壁水溫差低于0.8℃，高爐爐缸處于安全狀態。

［1］湯清華.高爐爐缸爐底燒穿事故分析及解決對策［J］.鞍鋼技術，2012(3):1-6.

［2］宋建成.高爐含鈦物料護爐技術［M］.北京：冶金工業出版社，1994.

［3］ 李仲.鞍鋼4038m3高爐精料技術實踐 ［J］.鞍鋼技術，2011（4）：46-50.

［4］ 孫俊波.鞍鋼鲅魚圈大比例粉礦燒結生產實踐 ［J］.鞍鋼技術，2012（1）：26-29.

［5］項鐘庸，王筱留.高爐設計-煉鐵工藝設計理論與實踐［M］.北京：冶金工業出版社，2007.

［6］于淑娟，徐永鵬，曲和廷.鞍鋼含鐵塵泥的綜合利用現狀及發展［J］.煉鐵，2007(3):54-57.